Лабораторная работа № 3. Измерение давления пара

Посуда и приборы: установка для измерения давления насыщенного пара (рис. 1).

Рис. 1. Установка для измерения давления насыщенного пара:

1 – широкая пробирка с исследуемым растворителем; 2 – термометр; 3 – кран для откачки системы; 4 – кран с капилляром для впуска воздуха; 5 – нагреватель; 6 – манометр; 7 – холодильник; 8 – добавочная емкость.

Реактивы: 22 мл заданного растворителя (этиловый спирт)

Ход работы: в широкую пробирку (1), снабженную двурогим форштосом и термометром (2), наливают 22 мл исследуемого растворителя и добавляют 2–3 кипелки. Резервуар термометра обвязывают марлей, чтобы последняя была отчасти погружена в жидкость. Такая оболочка служит для того, чтобы кипение шло непосредственно на поверхности резервуара. Это предотвращает неправильный отсчет температуры вследствие перегревания жидкости. Водяной холодильник (7) служит для конденсации пара. Склянка (8) представляет собой добавочную емкость, позволяющую регулировать наполнение эвакуированной системы воздухом через кран (4). Первоначально воздух из системы откачивают с помощью водоструйного насоса до давления, превосходящего как минимум 30 мм рт. ст. давление, при котором исследуемый растворитель кипит при комнатной температуре (например, этиловый спирт кипит при 20 ºС под давлением 44 мм рт. ст.). При более низких давлениях жидкость выкипает до начала нагревания и производить отсчеты будет невозможно. Проверяют герметичность системы. Она считается достаточной, если за 10–15 мин давление повысится не более чем на 1–2 мм рт. ст. Включают нагреватель (5) и поднятием или опусканием нагревателя регулируют скорость нагревания (она должна быть ~5 ºС/мин). Когда растворитель закипает, записывают показания высоты ртутных столбиков манометра (6) h₁ и h₂ и термометра t. Затем осторожно открывают кран (5), сообщающий прибор с атмосферой, и впускают воздух так, чтобы давление увеличилось на 10–15 мм рт. ст. При этом ртуть в термометре поднимается и устанавливается при температуре кипения, отвечающей новому давлению. Таким образом, давление в приборе постепенно доводят до остаточного (140–150 мм. рт. ст.), делая 3–4 отсчета. Манометр в системе является закрытым, поэтому давление P, под которым идет кипение, равно сумме значений высоты стобиков ртути h₁ и h₂. Точность работы зависит главным образом от характера кипения жидкости: оно должно быть спокойным, не следует допускать выбрасывания жидкости (последнее часто происходит вначале, когда разрежение в системе велико, а также у вязких и высококипящих жидкостей). При выбрасывании бывает полезно ввести в жидкость капилляры. Отсчеты по термометру производят с точностью до 0,5 ºС, а по манометру и барометру – с точностью до 0,5 мм. рт. ст.

Полученные результаты заносят в таблицу и строят график зависимости lg P = f(1/T).

h1, мм.рт.ст.	h2, мм.рт.ст.	P=h1 + h2, мм.рт.ст.	lg P	t, ˚C	T=t+273, K	1/T

Рис. 2. Зависимость давления насыщенного пара от температуры в координатах lg Р – 1/T

Для вычисления H_исп выбирают две точки, наиболее точно укладывающиеся на прямую lg P=f(1/T).

H_исп = 19,15T₁T₂ lg (Р₂/Р₁)/(T₂ – T₁)